Un estudio reciente, Afiliado al Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) de Corea del Sur, ha presentado una nueva técnica que proporciona un rendimiento de producción de hidrógeno mejorado cinco veces mediante la deposición de superaerofobicidrogeles altamente porosos en una superficie de electrodo deseada.

Las gotas de agua que caen sobre las hojas de loto rebotan fácilmente en lugar de quedar parcialmente clavadas en la superficie. Esto se debe a la distribución irregular de microbombos en las hojas, que tiene la propiedad de repeler el agua. Tomando señales de las hojas de loto, Se ha desarrollado una técnica que mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno mediante la mejora de las superficies de los electrodos.

Un equipo de investigación liderado conjuntamente por el profesor Jungki Ryu y el profesor Dongwoog Lee en la Escuela de Energía e Ingeniería Química, ha presentado una nueva técnica que proporciona un rendimiento de producción de hidrógeno mejorado cinco veces mediante la deposición de superaerofobicidas y hidrogeles altamente porosos en una superficie de electrodo deseada. Esto ha atraído mucha atención ya que aumenta significativamente la eficiencia de producción de hidrógeno sin la necesidad de desarrollar nuevos catalizadores.

Cuando se vierte una bebida carbonatada en un vaso, El co ₂ El gas que se disuelve en la bebida forma pequeñas burbujas que se adhieren a la superficie interior del vaso. Si bien estas burbujas no importan al beber bebidas, pueden afectar negativamente a muchos sistemas electroquímicos. En efecto, en celdas electrolíticas, las burbujas formadas en la superficie de los electrodos reducen la eficiencia de la reacción, lo que conduce a pérdidas de energía. Por lo tanto, es importante eliminar las burbujas adheridas a la superficie del electrodo.

Para abordar estos problemas, el equipo de investigación informó sobre una estrategia simple para la realización de electrodos superaerófobos mediante la deposición de hidrogeles en una superficie de electrodo deseada. El hidrogel es una clase versátil de polímeros reticulados que tiene la capacidad de absorber y retener una gran cantidad de agua y soluciones acuosas. Además, depositar hidrogeles como recubrimientos sobre superficies sólidas puede servir como una eliminación eficaz de las burbujas de gas.

En el estudio, el equipo de investigación midió el rendimiento de los electrodos de las reacciones de desprendimiento de gas (por ejemplo, HER) basado en la deposición de hidrogeles superaerófobos en una superficie objetivo. Usando hidrogeles virales M13 como sistema modelo, encontraron que la estructura porosa tridimensional del hidrogel viral puede impartir superaerofobicidad al sustrato subyacente, eliminando así fácilmente las burbujas de gas. Además, El rendimiento de HER mejoró sustancialmente como resultado de la separación de los sitios catalíticamente activos y superaerófobos.

"Dado que los polímeros no pueden servir como catalizadores que aceleren la reacción química y porque no conducen la electricidad, se esperaba que redujeran la eficiencia de la electrólisis del agua, "dice el profesor Ryu." Debido a esto, nunca se ha utilizado para electrodos, pero pudimos resolver las deficiencias del método de electrólisis mediante la deposición de hidrogeles en una superficie de electrodo deseada ".

Su trabajo ha atraído la atención de muchos investigadores, como una nueva tecnología para impartir propiedades repelentes de burbujas (la denominada superaerofobicidad) mediante la deposición de hidrogeles superaerófobos sobre una superficie sólida. Aunque los investigadores han intentado impartir superaerofobicidad a los electrodos controlando las microestructuras de superficies sólidas, los enfoques convencionales tienen limitaciones, ya que son específicos del material, difícil de escalar, posiblemente perjudicial para la actividad catalítica y la estabilidad de los electrodos, e incompatible con aplicaciones fotoelectroquímicas. El nuevo método se puede aplicar a cualquier material sólido, y así tener una amplia gama de aplicaciones, ya que solo requiere la deposición de hidrogeles en una superficie de electrodo deseada. Además, su enfoque también podría aplicarse con éxito a los fotoelectrodos debido a la transparencia del hidrogel; por el contrario, enfoques convencionales, que se basan en la nano y microfabricación de electrodos, tienen menor transparencia.

"Este es el primer estudio en realizar propiedades repelentes de burbujas (la llamada superaerofobicidad) en la superficie de varios sólidos a través de la deposición de hidrogeles en una superficie de electrodo deseada, ", dice el profesor Lee." Este estudio puede proporcionar información sobre un método simple para el diseño y fabricación de dispositivos eficientes de conversión de energía y energía solar a gas ".